1工程测量学第七章

第七章工程的变形监测和数据处理

•内容

–变形监测基础知识

–变形监测方法

–变形监测数据处理

–变形监测成果表达

•重点：监测方法与成果表达

7.1 工程变形监测的基础知识

一、变形监测的定义、作用和内容

–什么是变形监测？

–什么是工程变形监测？

–为什么要进行变形监测？

–变形监测的内容和特点

–变形模型的分类

•非周期变形模型

•周期变形模型

•运动模型、动态模型

变形的原因：建筑物在工程建设和使用过程中，由于基础的地质构造不均匀，土壤的物理性质不同，土基的塑性变形，地下水位的变化，大气温度的变化，建筑物荷身的荷重及动荷载(如风力、震动等)的作用等．

变形按时间长短分为：长周期变形(建筑物自重引起的沉降和变形)、短周期变形(温度变化所引起的变形)和瞬时变形(风振引屈的变形)。

变形按其类型可分为：静态变形和动态变形

（2）变形监测的意义

实用意义：

保障工程安全。

科学意义：

解释变形的机理，研究变形规律，

验证变形的假说，

检验设计是否合理，

为修改设计、制定规范提供依据。

（3）变形监测的内容

现场巡视

外部监测：沉降、水平位移、倾斜、挠度、裂缝。

内部监测：温度、应力／应变、渗压、渗流量、

水力学观测、水文观测、泥沙。

环境监测：水位、气温、降雨量、风、地震、地

下渗流场。

几何量观测和物理量观测

大坝外部变形监测

–水平位移监测

•视准线法：工程造价低,精度低,不易实现自动观测,

受外界条件影响较大,而且测量的变形值受限

•引张线法：成本低,精度高（亚毫米）,自动读数,

受外界条件影响小,应用较普遍

•激光准直法

–大气激光准直：小于300 m、坝高较低的大坝,测

量相对精度为10 -5～10 -6

–真空激光准直：综合精度高达(1～2) ×10 -7,主

要用于长坝、高坝的变形监测

•正、倒垂线法：既可以实现水平位移监测,又可实现混凝土坝的挠度观测（CCD，自动化）

•精密导线法：拱坝的水平位移监测。此法应用较为

广泛,但量边工作量大,角度观测受旁折光影响较大。•前方交会法：在各种水工建筑物的施工阶段或已建

成的拱坝下游面、拱冠等观测效率较低且观测时不

易直接到达的部位,可以用测边、测角或边角前方交会法测定其水平位移。前方交会法由于受测角误差、测边误差、交会角及图形结构、基线长度、外界条

件的变化等因素影响,精度较低,一般为±(1～3) mm。另外,其观测工作量较大,计算过程较复杂,故不单独

使用,而是常作为备用手段或配合其他方法使用

-垂直位移监测

几何水准法：几何水准法

是垂直位移监测的常用方法,精度容易满足,但主要问题是如何实现观测自动化。

流体静力水准法：静力水准的测点基本上要处于同一

水平位置,高差测量范围较小。近年来研制开发出了通过压

力传感器测量液体压力的变

化来计算高差变化的仪器,扩大了测量范围

-三维位移监测

–极坐标法：该法采用当前具有最高精度的测量机器人进行作业（差分法）

–距离交会法：不用角度信息,只用距离信息;对

距离信施加各种改正,使其达到亚毫米级。

•用测边和三边交会法确定变形点的三维坐

•用频率校准仪、高稳定度高精度温度计、气压计与

湿度计等,对所测边长施加频率改正和气象改正;

•用自动周日观测技术测定大气代表性误差规律,削弱

大气代表性误差的影响。

–GPS 法：1 km左右的短基线上, GPS 测量可以获得亚毫米级的相对定位精度

桥梁变形监测

–桥梁墩台变形监测（包括：垂直位移、水平位移监测）（水准、准直）

–塔柱变形监测（包括：顶部水平位移监测、整体倾斜观测、周日变形观测、挠度观测、伸缩量观测）（GPS、全站仪）。

–桥面挠度观测（几何水准

微波干涉）。

–桥面水平位移观测

深基坑变形监测

–基坑内壁水平位移

–基坑内壁倾斜

–周围建筑物沉降

高层变形监测

–沉降（水准，静力水准）

–水平位移（准直、全站仪）

–倾斜（挠度）（准直、经纬仪）–裂缝、日照、风震

隧道变形监测–沉降

–收敛变形

–围岩压力

–钢筋应力

•滑坡变形监测

-各种裂缝监测

-岩土体松弛以及局部坍塌、沉降隆起活动-地下、地面三维位移

-地下水水位、水量、水化学特征

-树木倾斜和各种建筑物变形

-降雨以及地震活动等外部环境变化

-动物活动异常。

（4）变形监测的特点

要进行周期观测，每一周期的观测方案如监测网的图形、使用仪器、作业方法乃至观测人员都要尽可能一致。

动态、持续监测。

要求精度高，对于重要工程，一般要求“以当时能达到的最高精度为标准进行变形观测设计”。

变形监测精度

二、变形模型

（1）变形影响因子和动态变形模型

•变形影响因子：地壳运动、基础形变、地下开采、地下水位变化、工程建筑物的各种荷载、设备安装偏离设计值，以及温度、气候变化等。

动态变形模型的一般数学表达式：